[发明专利]一种非接触供电装置的直接谐振频率相位跟踪控制方法

摘要

一种非接触供电装置直接谐振频率相位跟踪控制方法，其特征在于，在非接触式电能传输系统中，对初级输出电流经电流传感器采样后经过过零比较电路得到电流过零信号，该信号进入控制器的脉冲捕获模块。控制器基于捕获到的相邻两次电流过零时刻计算其间隔得到谐振周期，计算捕获到的电流过零时刻和控制器的逆变电压驱动脉冲信号时刻的时间差，并进行闭环控制，调节输出电压的频率和相位，实现输出电压的频率跟踪实际系统谐振频率和软开关。相比传统方法，本发明频率跟踪速度快，跟踪过程损耗小，并且结构简单、成本低、可靠性高。

主权项

1.一种非接触供电装置的直接谐振频率相位跟踪控制方法，所述的非接触供电装置包括直流电源(Udc)、逆变电路、初级发射线圈(Lp)、初级谐振补偿电容(Cp)、次级接收线圈(Ls)、次级谐振补偿电容(Cs)、次级整流电路、滤波电容(Cf)、负载(RL)，以及电流传感器(CT1)、过零比较电路(C2)和控制器；直流电源(Udc)连接到逆变电路的直流侧端口；初级谐振补偿电容(Cp)与初级发射线圈(Lp)串联或并联构成初级谐振回路；逆变电路的交流侧端口连接初级谐振回路；初级发射线圈(Lp)和次级接收线圈(Ls)之间有气隙，不接触；次级接收线圈(Ls)与次级谐振补偿电容(Cs)串联或并联后连接到次级整流电路的交流侧端口；次级整流电路的直流侧端口并联有滤波电容(Cf)和负载(RL)；逆变电路由全控功率开关器件和二极管构成，将直流电变换成幅值和频率可调的方波电压；控制器包括输入脉冲捕获模块、运算模块和驱动信号发送模块；脉冲捕获模块的输入端连接电流过零比较电路的输出端，脉冲捕获模块的输出端连接运算模块的输入端；运算模块的输入端连接脉冲捕获模块的输出端，运算模块的输出端连接驱动信号发送模块的输入端；驱动信号发送模块的输出端连接逆变电路的功率开关器件；输入脉冲捕获模块捕捉脉冲信号上升下降沿时刻，运算模块进行逻辑判断和数学运算，驱动信号发送模块用于产生驱动信号，并将驱动信号发送给逆变电路的功率开关器件，控制器接收过零比较电路的输出信号，经过处理后，输出驱动信号分别送至逆变电路的功率开关器件；次级接收线圈和次级谐振补偿电容构成次级谐振回路；次级整流电路由二极管构成，将接收到电能整流成直流电能，经滤波电容后供给负载，其特征在于，所述的直接谐振频率相位跟踪控制方法如下：电流传感器(CT1)采集初级发射线圈的电流信号，并将电流采样信号输出到过零比较电路，过零比较电路以脉冲的方式产生电流过零点信息，输送到控制器的脉冲捕获模块；脉冲捕获模块记录每个谐振周期的初级发射线圈电流上升沿或下降沿时刻t_ir(n)，并且与上一个谐振周期的初级发射线圈电流上升沿或下降沿时刻t_ir(n‑1)比较，计算两次脉冲上升沿之间的时间差Ti(n)，所述的时间差Ti(n)经过限幅等处理后作为下个谐振周期的周期值；控制器的运算模块计算逆变电压上升沿或下降沿驱动信号与捕获的初级发射线圈电流上升沿或下降沿时刻的相位差TΔ(n)；控制器的运算模块确定电流采集与电压发生环节的综合延时补偿量Td，综合延时补偿量Td的值取决于初级发射线圈电流采样延时、信号传输延时、控制器处理指令的时间及逆变器死区时间，初级发射线圈电流采样延时、信号传输延时、控制器处理指令的时间及逆变器死区时间通过测量得到；控制器的运算模块设定下个谐振周期的逆变电压上升沿或下降沿驱动时刻为：t_vr(n+1)＝t_ir(n)+Ti(n)+TΔ(n)‑Td控制器的运算模块设定下个谐振周期的逆变电压下降沿或上升沿驱动时刻为：t_vf(n+1)＝t_vr(n+1)+0.5*Ti(n)t_ir(n)为第n个谐振周期的初级发射线圈电流过零上升沿或下降沿时刻，Ti(n)表示电流第n个谐振周期的周期值，TΔ(n)为第n个谐振周期的电流滞后电压的相位差，Td为考虑初级发射线圈电流采样延时、信号传输延时、控制器处理指令的时间及逆变器死区时间的综合延时补偿量，t_vr(n+1)为第n+1个周期的逆变器电压上升沿或下降沿驱动信号发生时刻，t_vf(n+1)为第n+1个谐振周期的逆变器电压下降沿或上升沿驱动信号发生时刻；n表示谐振周期，n≥2；如此调节逆变器输出电压的频率和相位，不断缩小逆变器输出电压与输出电流的相位差；当逆变器输出电压的相位与逆变器输出电流的相位一致时，认为逆变器的频率跟踪到了系统谐振频率，此时逆变器的功率开关器件在电流为零时关断而在电压为零时开通，降低了功率开关器件的开关损耗。